新研究揭示地球最常见物质的惊人秘密

阅读这个故事时，您将学到以下内容：

• 冰滑的原因常被认为是压力或摩擦，但这个解释并不能说明为什么冰的滑动特性在无法融化的温度下仍然存在。
• 一项新研究发现，冰可能实际上是因为材料中偶极子的取向，以及它们与“滑动”表面（如鞋底）中偶极子的对齐方式而变得滑。
• 这种对立的表面会“干扰”顶层偶极子的取向，最终导致液体的产生，从而形成滑的表面。

虽然人们可能认为冰相对简单，但当深入探讨其更深层次的物理特性时，事情就开始变得有趣了。根据美国化学学会的统计，预计会有20到74,963种不同的冰的形式（科学家们在今年早些时候刚刚发现了第21种形式——毫无创意地被命名为冰 XXI）。

这种复杂性带来了困惑，甚至对基本特性感到困惑，比如水变冷后冰的基本特性。例如，结果显示，我们可能完全误解了冰为什么会滑。

通常的说法是这样：施加在冰面上的压力会让冰融化，从而形成一层水膜，让一切变得滑溜。另一种说法可能会把责任归咎于摩擦，而不是压力，认为物体在冰面上移动时的摩擦会让温度升高，产生那层水膜。然而，正如科学家在2024年为The Conversation撰写的一篇文章中指出的，这并不能完全解释为什么冰在零度以下还是滑溜的。毕竟，在-20摄氏度下形成的冰需要比普通冰刀高出500倍的压力才能变成水（如果压力是这个现象唯一的原因的话）。

好在，德国萨尔大学的科学家们可能终于找到了这个问题的答案。“直到现在，人们一直认为在-40摄氏度以下滑雪是不可行的，因为在滑雪板下形成薄薄的润滑液膜实在太冷了，”这项发现的研究者之一马丁·穆瑟在一份新闻稿中说。“结果证明，这也是错误的。”

该团队在期刊物理评论快报上发表了研究结果，通过先进的计算机模拟，他们发现，分子偶极矩——而不是温度、摩擦力或压力——实际上是冰滑腻特性的主要原因。

偶极子是指分子中某些区域具有部分正电荷和负电荷的现象。当液体变成固体时，分子会排列成一个晶格结构，也就是冰。作者指出，当有人踩上冰时，与冰接触的新物质会干扰冰的顶层偶极子的排列。“在三维空间中，这些偶极子之间的相互作用会变得‘受挫’，”穆瑟在一份新闻声明中说。这种无序最终会导致冰变成液体。

即使在温度降至接近绝对零度时，这种分子行为依然存在——尽管在这种温度下形成的薄膜几乎不是液态水。根据科学家们的说法，这种物质的粘度将比蜂蜜更高，这可不太适合滑雪运动。